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普考申論題 111年 [氣象] 天氣學概要(包括基礎天氣分析與基礎大氣動力學)

第 一 題

📖 題組:
一、(一)試導出測高方程(hypsometric equation)。(5 分) (二)承上題,試說明測高方程的物理意義及其重要的應用有那些?(10 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

試導出測高方程(hypsometric equation)。(5 分)

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推導測高方程的核心在於結合「流體靜力平衡方程式」與「理想氣體方程式」。看到這題,應先列出這兩個基本方程,將密度項替換後,沿垂直方向在兩氣壓層間進行定積分,即可得出氣壓層厚度與平均(虛)溫度的對數關係。

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【解題思路】結合大氣流體靜力平衡方程式與理想氣體方程式,消去密度項後沿垂直方向進行積分。 【詳解】 已知:

小題 (二)

承上題,試說明測高方程的物理意義及其重要的應用有那些?(10 分)

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看到測高方程,應直覺聯想「氣層厚度與平均虛溫成正比」的核心觀念(大氣的暖脹冷縮)。答題時,先從數學公式切入寫出其連結熱力(溫度)與動力(氣壓/高度)的物理意義,接著從天氣分析實務(如:海平面氣壓化成、高空厚度圖判別冷暖氣團、熱力風關係)及航空儀器(氣壓高度計)等面向條列其重要應用。

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【破題】 測高方程(Hypsometric Equation)是天氣學與大氣動力學中,連結大氣垂直厚度與溫度的核心熱力學公式,其揭示了等壓面間距與該氣層平均虛溫的直接關係。 【論述】

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